06 實(shí)驗(yàn)二　探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系-2026版高考物理一輪復(fù)習(xí)

《全品選考復(fù)習(xí)方案》實(shí)驗(yàn)二探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系1.如圖甲所示,用鐵架臺(tái)、彈簧和多個(gè)質(zhì)量均為m的鉤碼,探究在彈性限度內(nèi)彈簧彈力與形變量的關(guān)系.(1)為完成實(shí)驗(yàn),還需要的實(shí)驗(yàn)器材有:刻度尺.

(2)實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量有:彈簧的原長、彈簧所受外力與彈簧對應(yīng)的長度.

(3)圖乙是彈簧彈力F與彈簧形變量x的F?x圖線,由此可求出彈簧的勁度系數(shù)為200N/m.圖線不過原點(diǎn)是由于彈簧自身重力的影響.

(4)為完成該實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟如下:A.以彈簧形變量為橫坐標(biāo),以彈力為縱坐標(biāo),描出各組(x,F)對應(yīng)的點(diǎn),并用平滑的曲線連接起來B.記下彈簧不掛鉤碼時(shí)其下端在刻度尺上的刻度l0C.將鐵架臺(tái)固定在桌子上,并將彈簧的一端系在橫梁上,在彈簧附近豎直固定一把刻度尺D.依次在彈簧下端掛上1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)……鉤碼,并分別記下鉤碼靜止時(shí)彈簧下端所對應(yīng)的刻度,并記錄在表格內(nèi),然后取下鉤碼E.以彈簧形變量為自變量,寫出彈力與形變量的關(guān)系式,首先嘗試寫成一次函數(shù),如果不行,則考慮二次函數(shù)F.解釋表達(dá)式中常數(shù)的物理意義G.整理儀器請將以上步驟按操作的先后順序排列出來:CBDAEFG.

[解析](1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知還需要刻度尺來測量彈簧原長和掛上鉤碼后的長度.(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理,實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量有彈簧的原長、彈簧所受外力與彈簧對應(yīng)的長度.(3)取題圖乙中(0.5cm,0)和(3.5cm,6N)兩個(gè)點(diǎn),代入ΔF=kΔx,解得k=200N/m.由于彈簧自身有重力,使得實(shí)驗(yàn)中彈簧不加外力時(shí)就有形變量.(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作的合理性可知,設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟的先后順序?yàn)镃BDAEFG.2.某學(xué)習(xí)小組嘗試探究彈簧所受彈力F與彈簧長度L的關(guān)系.(1)通過多次實(shí)驗(yàn),記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),描繪出如圖甲所示的F?L圖像,則彈簧原長L0=3.0cm,彈簧的勁度系數(shù)k=200N/m(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字).

(2)如圖乙所示,若將該彈簧左端固定在中間帶有小圓孔的豎直擋板上,彈簧右端連接細(xì)線,細(xì)線穿過圓孔,通過光滑的滑輪與鉤碼相連,豎直擋板固定在刻度尺0刻線處,已知每個(gè)鉤碼重為1.0N.當(dāng)水平彈簧壓縮穩(wěn)定后,指針指示如圖乙所示.由此可推測所掛鉤碼的個(gè)數(shù)為3個(gè).

[解析](1)當(dāng)彈簧彈力為零,彈簧處于自然狀態(tài),由圖可知,彈簧的原長為L0=3.0cm,由胡克定律可知k=FL?L0=(2)由圖可知,該刻度尺的讀數(shù)為L'=1.50cm,由胡克定律可知F'=k(L0-L')=200×(3.0-1.5)×10-2N=3N,由題可知每個(gè)鉤碼重G=1N,由此可推測所掛鉤碼的個(gè)數(shù)為n=F'G=3個(gè)3.某實(shí)驗(yàn)小組用橡皮筋探究影響其伸長量的有關(guān)因素,探究方案如下:a.取4根材料、粗細(xì)相同的橡皮筋,其中3根等長,另一根的長度只有前三根長度的一半,將它們按圖示方式懸掛(其中第1組是兩根并用);b.在每組下端扎線的地方各拴一個(gè)紅色塑料簽,并在支架襯貼的白紙上標(biāo)出簽的原始位置O(即橡皮筋的原長);c.先分別懸掛100克鉤碼,然后再在橡皮筋“2”下加掛100克鉤碼,記下各次標(biāo)簽的位置,測量結(jié)果如下表:橡皮筋編號(hào)1234原長L(cm)10.0010.005.0010.00外力F(克力)100100100200橡皮筋橫截面積S2111伸長量ΔL(cm)2.515.012.50010.02回答下列問題:(1)以上探究過程使用的實(shí)驗(yàn)方法是控制變量法;

(2)伸長量ΔL在記錄數(shù)據(jù)中出現(xiàn)錯(cuò)誤的是2.500(填具體數(shù)據(jù));

(3)根據(jù)上述探究過程,橡皮筋的伸長量與相關(guān)因素可能的關(guān)系為ΔL∝FLS(4)將一原長為L的橡皮筋,兩端施加大小為F的拉力時(shí),橡皮筋伸長了ΔL;把它從中央剪斷,取其中的一段,給兩端施加2F的拉力,此時(shí)這段橡皮筋的長度為

L2+ΔL(不超過彈性限度)[解析](1)影響橡皮筋伸長量的因素涉及多個(gè)物理量,應(yīng)使用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn).(2)伸長量ΔL在記錄數(shù)據(jù)中出現(xiàn)錯(cuò)誤的是2.500cm,測量結(jié)果應(yīng)該精確到1mm,再估讀到毫米的下一位,應(yīng)為2.50cm.(3)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,橡皮筋1、2原長相同、受力相同,橫截面積越大伸長量越小,與橫截面積成反比關(guān)系;橡皮筋2、3受力相同,橫截面積相同,原長越長伸長量越大,與原長成正比關(guān)系;橡皮筋2、4原長相同,橫截面積相同,受力越大伸長量越大,與力成正比關(guān)系;根據(jù)上述探究過程,橡皮筋的伸長量與相關(guān)因素可能的關(guān)系為ΔL∝FLS